00/-f9c1-42ed-89ea-69d1d19c2d0f中南大学
硕士学位论文
可程控电测仪表自动检定与校准系统的研究
姓名：曾全胜
申请学位级别：硕士
专业：控制工程
指导教师：欧阳波;漆文辉
随着科学技术的进步，可程控电测仪表在各个领域得到越来越广泛的
应用。可程控电测仪表的准确可靠运行关系到各个领域的安全生产。为了
保证量值的统一，必须对仪器实施周期性校准。传统的仪器校准方式不但
耗时而且校准成本也比较高，因此研究新的可程控电测仪表检定与校准技
术具有重要的应用价值。
本论文研究的可程控电测仪表自动检定与校准系统，能根据计量检定
规程，准确地对可程控电测仪表进行检定、校准、出具检定证书。文中主
要分析了项目研究的内容和意义，在分析测量误差理论和检定与校准基本
方法的基础上，对系统的硬件组成和软件功能设计作了探讨，提出了检定
与校准的流程及其实现方法；分析了测量数据中异常数据的处理方法；分
析并研究了可程控电测仪表检定中各种因素对被检仪表检定结果不确定
度的影响，并通过建立数学模型对电测仪表指示值误差的测量不确定度进
行了评定。
本文所建立的基于GPIB接口的自动检定与校准系统，与一般拥有数
字接口的仪器互联性较强，用户可接入性比较好，使仪器校准的溯源或传
递的时间缩短，校准的成本降低，同时可进行测量不确定度评定。因此，
具有较高的工程应用价值。
关键词： 可程控，电测仪表，自动检定，校准，不确定度
Withthedevelopmentofscience
electronicmeasurememinstrumentis
andtechnology,theprogrammable
ge tingmoreandmorepopularly
applicationinma yareas，reliableandccuraterunningofwhichoncernsthe
safetyproductionofeveryapplicationrea．Calibrationofmeasurement
instrumentusbeperformedperiodicallyforensuringthequantitative
uniformity．ConventionalmethodofCalibrationisnotonlytime—consuming
butalsohighcost．Sotheresearchonnoveltechniqueforv rificationnd
calibrationoftheprogrammableelectronicmeasurementinstrumentisof
significantapplicablev lue．
Anovelsysteminvestigatedinthispaper,whichisusedforautomatic
verificationndcalibrationoftheprogrammableelectronicmeasurement
instrument，Canaccuratelyverifyandcalibratetheinstrument，thenprovidethe
verificationcertificatea cordingtothemetrologyverificationregulation．This
paperclarifiesthecontenta dmeaningoftheresearchprojeet，exploresthe
designofsystemincludingassemblingofhardwarendthefunctionof
software，putsforwardtheproceduresofverificationandcalibrationndtheir
realizations，analyzesthemethodofealingwithoutliersinmeasureddata，
studiestheffectsofvariousf．actorsntheuncertaintyofresultsofinstrument
duringprocessofverificationandcalibration，andevaluatesthuncertaintyof
errorfindicationof nstrumentinmeasuringbyestablishingmathematical
Thestablishedsystemforautomaticverificationandcalibrationbasedn
GPIBinterfacehasfollowingseveraladvantages：strongerabilityof
interconnectionwithotherinstrumentswhichwereprovidedwithdigital
interface；bettera ilityofuser'saccessing；lesstimoftracingtothesourceor
transferincalibration；lowercalibrationcost；andsimultaneouseval ationof
theuncertaintyofmeasurement．Astheconclusion，thissystemhashi曲
applicablevalueiIl ngineering．
KEYWORDS：programmable，theelectronicm asurementinstrument，
automaticverification，calibration，theuncertain y
原创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究
成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已
经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使
用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说
?豁曾象托吼呼『／月，n
关于学位论文使用授权说明
本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，
允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复
印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位
作一：、移脯铷签名丞扣孜嗍野嗍舶
硕士学位论文
第一章绪论
1．1本课题研究的意义与目的
第一章绪论
随着微电子技术和微型计算机技术的快速发展，可程控电测仪表在科研院所、电
力、电子、国防等行业的各个部门得到了广泛应用。它的准确可靠关系到各个行业的
安全经济生产，同时也是试验和科研不可缺少的工具。为了保证测量结果的准确性，
必须定期对可程控电测仪表进行检定和校准Ⅲ。
传统的电测仪表检定与校准方法，需要检定人员按照检定规程的步骤进行操作，
被检仪器和标准仪器的操作与读数、计量结果的记录和处理，均需人工来完成。而可
程控电测仪表由于其功能多，检定校准点繁杂，存在着大量的重复劳动，使得仪表校
准的工作效率极低。同时要求检定人员素质高，必须熟悉检定规程和数据处理。人工
手动检定与校准，容易造成人为误差，使得测试结果重复性和一致性比较差，从而检
定可靠性得不到保证。
研究可程控电测仪表自动检定与校准系统，解决传统电测仪表检定校准中自动化
程度低、测试耗时和易出错等问题，通过自动化测试、数据采集、数据自动化分析来
’保障检定校准进度和数据的可信度。系统试运行过程中，使复杂烦琐的原始数据录入
处理问题变得非常容易，可以避免由测量人员引起的误差，可获得十分良好的测试复
现性；通过进行大量的冗余测量，进行统计、分析的折算，可以在很大程度上消除随
机误差和系统误差，从而获得极高的测量准确度。特别是进行测量不确定度的评定，
把大量的重复测试和繁杂的数学计算交给计算机处理，充分利用了计算机的数据储
存、运算及处理的能力，提高了系统的可扩展性，降低了成本，提高了校准效率和校
准可靠性，具有较明显的效率与经济效益瞳1。
随着仪器仪表技术的迅速发展，新型可程控电测仪表种类层出不穷，其程控命令
各异，因而需对不同的可程控电测仪表编写不同的程控软件。而不同的标准源及被检
可程控电测仪表，在进行测量不确定度评定时，标准不确定度分量不同、数学模型各
异，必须根据具体情况具体分析，当前国内外开发的自动测试软件无法满足这些要求。
况且随着计算机技术的发展，软件的开发工具日新月异，自动检定与校准软件也需在
新的软件开发工具上进行开发。
因此，进行可程控电测仪表自动检定与校准系统的研究，为电测仪表的自动检定
和校准提供技术储备，特别是在今后针对航空修理系统的实际情况，开展高精度可程
控电测仪表的自动检定与校准研究，组建自动检定与校准系统，可以极大地提高检测
效率，增加检测功能，提高检测的准确度，提升装备保障能力，获得较明显的经济效
益，具有较好的工程应用前景。
硕士学位论文 第一章绪论
1．2国内外研究现状
近些年，随着计算机技术和测蹙技术的快速发展，自动枪定与校准技术主要基于
数捌采集、软件处理和个人计算机技术，以软件技术代臀硬件技术和非虚拟仪器虚拟
化己成为测量领域研究的热点口1。目前，国外一些大的仪器公司在检定、校准自动化
方面进行了多年的研究与产品开发工作，在这一领域具有领导性地位。如福禄克公司
开发的MET／CAL软件，已经变成了全世界校准软件业界中实际上的标准H1。MET／CAL
Plus是一套世界级的应用软件，设计用来帮助检定人员实现校准设施操作和管理的
自动化。MET／CALOE完成自动化校准、校准程序开发、文件编制以及测试和测量仪器
资产管理等工作的完整的解决方案；能提供各种测试及测量资产管理的功能；·包括高
效的数据输入、多数据库查询和完整的报告生成功能。而且，该软件还和微软公司的
开放式数据库连接(ODBC)标准兼容，这样就可以从任何与ODBC兼容的应用程序(如
微软软公司的Excel或Word)访问公司的校准数据，以便进行进一步的处理和分析。
MET／CAL中提供的标准设备测试程序可以直接使用。检定人员也可以以这些程序为基
础，来开发自己的专用测试程序，以满足工作中的特殊需要和校准工作负荷。
美国国家仪器公司开发的NICalibrationExecutive是一款用于校准和调整NI测
量设备的I／0通道的软件。用户可通过直观化的用户界面，在自动或手动模式下操作
NICalibrationExecutive。CalibrationExecutive的报告功能则用于记录校准和
调整结果。NICalibrationExecutive工具包含了如何在度量衡实验室将这一过程自
动化的描述，从而极大地减少外部校准所需要的时间。通过GPIB与外部标准通信，校
准软件就能读取仪器设置和外部电压的数值，这些数值然后用于验证和校准被调整的
仪器，校准流程结束时，可以从配置文件中自动读取仪器技术指标并生成详细的校准
报告嘲。 ．
目前远程校准技术又逐渐成为国内外一些研究机构和研究人员研究的热点。如英
国国家物理实验室在网络校准方面已推出远程在线校准∞1：MihaelaM．Albu等在利用
移动、多agent技术进行远程校准方面的研究口1和其主要的计量机构IEN在电量计量网
络校准方面所做的研究随1；美国NIST所做的电学实验室(EEEL)的多功能校准仪的校准
研究口1。它们的共同点就是通过网络校准保证测量结果的量值溯源。目前国内展开网
络校准研究的有同济大学全伟群教授，对远程校准的可行性和网络接入技术实现方法
等方面进行了探讨n01。中国工程物理研究院计量测试中心潘光斌在网络化校准测试系
统及其软件设计方面所作的研究n11。与国外在远程校准方面作的研究相比，我国的远
程校准技术在实际应用方面还存在较大差距。
国外开发的电测仪表自动检定与校准软件，功能齐全，但一般价格昂贵。况且软
件专用性较强，国外的专用软件不一定适合各部门仪表的检定要求，另外普遍存在检
定数据表格形式单一，证书格式等与国内有关检定校准规范的要求不相符合，不能满
硕士学位论文 第一章绪论
足国内相关部门的使用要求。国内部分单位也尝试过开发类似的软件。如航空航天、
石油化工、电力等行业的相关计量检定机构都依据本行业(部门)的特定标准源与电
测仪表开展了自动检定与校准系统的应用研究n2’13J钔。但由于这些软件都是针对本单
位的标准源和被检仪表进行开发，使用环境单一，难以满足航空装备修理行业电测仪
表检定与校准工作的要求。
1．3论文主要研究内容
主要工作包括：
1．在分析测量误差理论和自动校准原理的基础上，对可程控电测仪表的检定与
校准方法进行研究，，提出自动检定与校准系统的设计方案。‘
2．探讨自动检定与校准系统的硬件组成，研究可程控电测仪表中基于CPLD的
GPIB接口数据采集的实现。
3．研究目前可程控电测仪表自动检定与校准系统软件的设计方法和存在的问题，
进行自动检定与校准软件的自动检定与校准功能的实现方法及其功能设计、模块设
4．研究提高检定精度的措施，探讨检定数据的处理办法。
5．对系统的的误差源进行分析，研究可程控电测仪表自动检定与校准系统的基
于误差溯源的不确定度评定及其软件实现。
6．对基于CPLD的GPIB数据采集卡的工作原理及其实现进行了初步研究。
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
第二章检定与校准的基本理论
2．1测量误差的基本理论
2．1．1误差的基本概念
测量误差，是指测量结果与被测量真值之差。在实际测量中，由于人们对客观事
物认识的局限性及测量器具的不准确、测量手段的不完善、测量环境条件的变化以及
测量工作中的失误等原因，都会使测量结果与被测量真值之间存在一定的差异，导致
测量误差。
由于被测量真值未知，使得测量误差的量化遇到困难。测量误差按性质分为随机
误差、系统误差和粗大误差。
2．1．2随机误差
1．随机误差的概念
测量结果与在重复性条件下对同一量进行无限多次测量所得结果的平均值之差，
称为随机误差n引。由于实际测量次数的有限性，只能得出测量结果中随机误差的估计
值。在有限次测量中，定义每次独立测量值XK与有限次测量的算术平均值x之差为
残差D，即 ．
D=X。一X (2-1)jL
当测量次数足够多时，随机误差总体服从统计规律。因此，可采用概率论及数理
统计的方法来分析和研究随机误差。．
2．随机误差产生的原因
随机误差主要是由对测量观测值影响微小而又互不相关的因素共同作用产生的。
例如，测量仪器元器件的噪声、温度、电源电压的无规则波动、电磁干扰以及测量人
员感官等多种互不相关的微小因素，这些无法控制的因素导致了重复性观测中测量值
的分散性。
因此，对于随机误差，既不能修正，也不能消除，可以采用增加测量次数，再根
据其本身存在的某种统计规律，利用数理统计的方法来加以限制和减小。在大多数情
况下，随机误差接近正态分布。服从正态分布的随机误差，其概率分布密度函数为
1 一—[Z—-—_#—z一]2
P(力2瓦高口2，“’ ·(2-2)
式中∥：是测量值的数学期望，用于反映被测量取值的平均大小；仃(Z)为测量值
的标准差，用于表征测量值的分散程度。
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
对于被测量来说，利用数学期望段和标准差仃(Z)能对其特性进行很好地表征；
但要获取以和a(x)，需要进行无穷多次测量，这在实际中是不可行的。因此，在有
限次测量时，通常采用测量值的算术平均值和实验标准差来作为被测量的数学期望和
标准差的估计值。
设x。，x：，?，％为被测量在重复性条件或复现性条件下的刀次重复测量值，
(1)算术平均值；为：
(2)测量值的实验标准差
测量值的实验标准差(也称为样本标准差)是实验方差的正平方根，用于表征测
量值在算术平均值上下的分散性。
测量值的实验标准差s(x)为：
式中U为测量值X，的残差，上式称为贝塞尔公式。
(3)算术平均值的实验标准差
算术平均值的实验标准差是表征同一被测量的算术平均值的分散性参数。算术平
均值的实验标准差可按下式进行计算：
s(醅忑1s(x) (2-5)
算术平均值的实验标准差只有测量值实验标准差的1／√i倍，这说明测量值经过
平均后，其分散性大大减小，这是由于在平均过程中随机误差在很大程度上相互抵
消的缘故。
2．1．3系统误差
1．系统误差的概念
．在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量真
值之差，称为系统误差。按对系统误差掌握的程度，可将其分为确定性系统误差和非
确定性系统误差。确定性系统误差是变化规律已确知的误差；而非确定性系统误差是
变化规律未确定的误差，但一般可以对其变化的最大范围进行估计。
2：系统误差产生的原因
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
系统误差的产生原因很多，通常是由于测量设备有缺陷、测量环境条件不合要求、
测量方法不完善以及测量人员的不良习惯及生理条件限制等原因引起的。针对系统误
差产生的原因，可利用校准、比对的方法以及采用零示法、替代法、交换法等典型技
术来减小系统误差造成的影响。
3．系统误差的修正
系统误差实际反映了被测量的数学期望偏离真值的程度。在修正值已知的情况
下，将测量结果与修正值代数相加，可有限地补偿系统误差。
总的来说，由于系统误差及其原因不能完全获知，即使利用修正值对测量结果进
行修正，也不可能对系统误差进行完全补偿。因此，对于修正后的测量结果，在进行
不确定度评定时，修正值的测量不确定度应作为一个分量来考虑。
2．1．4粗大误差
1．粗大误差及异常值的概念
粗大误差是指在一定测量条件下，测量值明显偏离约定真值所形成的误差n引。粗
差是对测量结果的明显歪曲。含有粗差的测量值称为异常值。在进行数据处理时，应
当将异常值从测量数据中剔除掉。
2．粗差产生的原因
在实际测量中，测量方法错误、测量操作失误、测量仪器缺陷以及测量条件
突然变化等原因都可能产生粗差。
3．粗大误差的的判别准则
对于测量过程和可疑数据进行分析，在不能确定产生原因的情况下，就应该根据
统计学的方法来判别可疑数据是否是粗大误差。这种方法的基本思想是：给定一置信
概率，确定相应的置信区间，凡超过置信区间的误差就认为是粗大误差，并予以剔除。
常用的方法有：
莱特检验法：假设在一列等精度测量结果X，中，1，。为各测量值对应残差，S为标
准偏差的估计值，若l1，。l>3s，则该误差为粗大误差，所对应的测量值X，为异常数据，
应剔除。莱特检验法简单，使用方便．它是以随机误差符合正态分布和测量次数充分大
为前提，当测量次数小于10时，容易产生误判，原则上不能用。
格拉布斯检验法：假设在--N等精度测量结果毛(i=1，2，ee9n)中，‰、‰分
别为最小测量值和最大测量值，S为标准偏差的估计值，最大残差
IV一|=max(x—x血，x一一x)，若IkI>Gs，则判断对应测量值为粗大误差，应予以
剔除。其中，G值按重复测量次数rl及置信概率P。确定(一般P。=95％或P。=99％)，如
表2-1所示。
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
表2-1格拉布斯准则中G数值
3 4 5 6 7 8 9 10 ll
5％ 1．15 1．46 1．67 1．82 1．94 2．03 2．11 2．18 2．23
1％ 1．16 1．49 1．75 1．94 2．10 2．22 2．32 2．4l 2．48
12 13 14 15 16 17 18 19 20
5％ 2．29 2．33 2．37 2．41 2．44 2．47 2．50 2．53 2．56
1％ 2．55 2．6l 2．66 2．70 2．74 2．78 2．82 2．85 2．88
2．2测量不确定度的基本理论
1977年，美国国家标准局(现在的国家标准和技术研究院的前身)的局长向国际
计量委员会提出了提案，要求解决测量不确定度表示的国际统一问题。之后，国际计
量委员会和国际计量局向几十个国家的计量实验室及五个国际组织征求意见，并成立
了不确定度表示工作组，该组于1980年起草了建议书INc_l(1980)。1986年，国
际计量委员会要求国际标准化组织(ISO)在INC_1(1980)建议书的基础上起草一
份能被广泛应用的指南性文件。在国际计量局、国际电工委员会、国际临床化学联合
会、国际标准化组织、国际理论物理与应用物理联合会、国际理论化学与应用化学联
合会及国际法制计量组织的支持下，国际标准化组织于1993年出版了《测量不确定
度表示导则》(GuidetotheExpressionofU certaintyinMeasurement)，目的是
促进以足够完整的信息表示不确定度，统一测量不确定度的评定与表示方法，为测量
结果的国际比对提供基础u71。
不确定度表示由于测量误差的影响而对测量结果的不可信程度或有效性的怀疑
程度，或称为不能肯定的程度。不确定度是说明测量结果可能的分散程度的参数，这
个参数用标准偏差表示，也可用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度表示。 一
2．2．1不确定度的概念
。 1．标准不确定度：用概率分布的标准偏差表示的不确定度，称为标准不确定度。
用符号”表示。测量不确定度往往是由多个分量组成，对每个不确定度来源评定的标
准偏差，称为标准不确定度分量，用Ui表末。标准不确定有两类评定方法：A类评定
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
和B类评定。
(1)A类标准不确定度：用统计方法得到的不确定度称为A类标准不确定度。用
符号”。表示。
(2)B类标准不确定度：用非统计方法得到的不确定度，即根据资料或假设的概
率分布估计的标准偏差表示的不确定度，称为B类标准不确定度，用符号”8表示。
2．合成标准不确定度：由各不确定度分量合成的标准不确定度，称为合成标准
不确定度，用符号甜，表示。
3．扩展不确定度：扩展不确定度是由合成标准不确定度的倍可程控电测仪表示
的测量不确定度，即用包含因子七乘以合成标准不确定度得到一个区间半宽度，用符
2．2．2不确定度的来源
测量不确定度来源于以下几个因数：
1．被测量定义的不完善，实现被测量定义的方法不理想，被测量样本不能代表所
定义的被测量。
2．测量装置或仪器的分辨力、抗干扰能力等。
3．测量环境对测量过程的影响及测量人员的技术水平等影响。
4．计量标准和标准物质的值本身的不确定度，测量过程中引入的近似值的影响。
5．在相同条件下，由随机因素所引起的被测量本身的不稳定性。
2．2．3不确定度的评定方法
1．标准不确定度的A类评定办法
在同一条件下对被测量X进行n次测量，测量值为薯(江1，2，?，n)，由下式得到
样本算术平均值；，；为被测量x的估计值，并把它作为测量结果。
x的实际标准偏差可用贝塞尔公式计算得到：
s(x)= =。瓯一2．aVic撇肌¨)
用算术平均值作为测量结果时，测量结果的A类标准不确定度“_等于x的实验标
准偏差s(．)，即为
“_：s(；)：{s(x)
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
2．标准不确定度的B类评定方法
当不能用统计方法计算不确定度时，就要用B类方法评定。B类方法评定的主要
信息来源是以前测量的数据，生产厂家提供的技术说明书，各级计量部门给出的仪器
检定证书或校准证书等。这类信息通常只给出极大值与极小值。而未提供测量值的分
布及自由度的大小。B类标准不确定度就是根据现有信息评定近似的方差或标准偏差
以及自由度，分析判断被测量的可能值不会超出区间(彩一口)，并假设被测量的值的
概率分布，由要求的置信水平估计包含因子k，则测量不确定度“。为
掰B：孚 (2—6)口2i oz-b’
式中，口为区间的半宽度，k为置信因子，通常在2~3之间。k的选取与概率分布有
关，假设为正态分布时，查表2．2；假设为非正态分布，根据概率分布查表2．3。
表2-2正态分布时概率与置信因子k的关系
概率P(％) 50 68．27 90 95 95．45 99 99．73
置信因子 0．676 l 1．645 1．960 2 2．576 3
表2-3正态分布时概率与置信因子后的关系
分布 三角 梯形 均匀 反正弦
k(p=1) 压 ％万 历 压
3．合成标准不确定度的计算方法
(i)输入量相关时不确定度的合成
如果被测量Y是由其他N个输入量X。，X：，?，‰函数关系确定，则
Y=f(X．，X：，?，xN) (2—7)
若被测量Y的估计值为Y，其他N个输入量的估计值为Xl，x：，?，h，则测量结
y2f(x-，x2，．．·，h) (2—8)
测量结果的合成标准不确定度U。(y)为 ．
． 姒加t雏Of]2u2(x,)+2台N-I毹N匀FiOf如∥少∽M¨广2 ∽9，
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
式中一、x，为输入量，一般f≠．，；箬、箬为一、xf的偏导数，通常称为灵敏
O'X。C％，
系数；u(x。)和“(x，)为输入量t、X，的标准不确定度；r(x，，x．，)为输入量一、■的相
关系数估计值。上式称为不确定度传递律或传播率。
(2)输入量不相关时不确定度的合成
①当影响测量结果的几个不确定度分量相互均不相关且彼此独立，存在函数关
姒炉[喜c≯∽，]l，2 沿㈣
令灵敏系数e：—篓，则
Uc(y)=l∑c，2甜2(t)I
②当影响测量结果的几个不确定度分量相互均不相关且彼此独立，
数关系时，合成标准不确定度为各标准不确定度分量％的平方和根值，
不能写出函
式中％为第f个标准不确定度分量，各分量均为直接测量的结果；N为标准不确
定度分量的个数。
在标准不确定度分量相关时，还可以采用适当的方法去除相关性或使协方差为
零，使问题简化。
4．扩展不确定度的确定方法
扩展不确定度U由合成标准不确定度U。与包含因子k的乘积得到，即
U=ku。 (2—13)
包含因子是根据所确定区间需要的置信概率选取的。
(1)如果无法得到合成标准不确定度的自由度，且测量值接近正态分布时，则一
般取k值的典型值为2或3，通常在工程应用时按惯例取3。
(2)根据测量值的分布规律和所要求的置信水平，选取k值。
(3)如果甜。(y)的自由度较小，并要求区间具有规定的置信水平时，求包含因子
的方法如下：
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
①如果被测量Y=f(x．，x：，．．．，x。)，求出其合成标准不确定度甜。(y)，再根据下式
计算“。O)的有效自由度V形
V够2盘． ∽㈣
式中”(而)为各输入量的标准不确定度；’，。为u(x，)的自由度。
当u(x，)是A类不确定度时，计算’，，与标准不确定度的A类评定方法相同。
当u(x，)是B类不确定度时，可用下式估计自由度v，：
驴缸等]。2 ∽㈣
式中垒凳譬为甜(t)的相对不确定度。
②根据要求的置信概率和计算得到的自由度％，查，分布的，值表。
2．3自动校准原理
2．3．1概述
可程控电测仪表校准的方法有校准存储器法与动态自校法两种【181。在校准存储器
法的自动校准时，操作者按下自动校准的按键，仪器显示屏便提示操作者应输入的标
准的量，操作者按提示要求将相应标准量加到输入端之后，仪器进行一次测量并将标
准量(或标准系数)存入到“校准存储器”，然后显示器提示输入下一个要求输入的
标准量，再重复上述测量存储过程。当对预定的校正测量完成后，校准程序还能自动
计算每两个校准点之间的插值公式的系数，并把这些系数也存入校准存储器，这样就
在仪器内部固存了一张校准表和一些内插公式系可程控电测仪表。在正式测量时，它
们将同测量结果一起形成经过修正的准确测量值。
如Dc电压校准时，选定一个功能和量程(假设是2V量程)，图2-1n钔中所示的电
测仪表校准特性代表一个直线方程Y=mx+c(A／D转换器具有良好线性)，通过输入
两个已知标准电压V。。与V∞，根据点斜方程
(C埘一％)=朋(％一‰)
又根据斜截式方程
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
所以 Co=％一m‰
对于任何输入
Vx=—C—X——-——C—0—
将m代入方程，可以计算出0V输入时的偏移值C。，C∞可以说是短跑输入(0V)，
因此C。可以直接测定，至此2V量程校准完毕。m和C。的值作为系数存入DMM的非易
失性存储器中，称为2V直流量程的校准常数。
图2-1电测仪表校准特性
动态自校法是在仪器内部设置基准源，内部基准需要定期校准。
2．3．2输入偏置电流的自动校准
对于高精度程控电测仪表，输入放大器偏置电流应小于50pA，温度系数应小于
ipA／oC，才能保证仪器的高输入阻抗、低输入偏置电流和低漂移性能，否则会给测量
带来误差啪3，为消除该误差，设计了输入偏置电流的自动补偿和校准电路，如图2-1
所示，在仪器输入高端和低端连接一个带有屏蔽的10MQ电阻盒R，输入偏置电流I。
在该电阻上产生电压降，经A／D转换后储存于非易失性校准存储器内作为输入偏置
电流的修正值。
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
图2-2输入偏置电路框图
在正常测量时，微处理器根据修正值选出适当的数字量到D／A转换器，经输入
偏置电流补偿电路产生补偿电流I。’，抵消I。，使仪器输入偏置电流小于50pA。
2．3．3线性自动控准
A／D转换器在靠近零的区域都存在非线性，自动校准的任务就是使之线性化，为
此必须首先找到非线性发生在哪一点，再确定两个极性下的截距a、b数值各为多少，
如图2-2所示。
’磊。。Pl P2
．么II U茈广‘
图2-3实际输入／输出曲线
实现这一校准必须让电测仪表自动搜索，如图2-3所示，在输入端外接一电阻，
以便通过调整偏流改变电压实现这种搜索。数字电测仪表进入搜索模式时，微处理器
给出一个数字量D。，通过D／A转换为I。。。U。=(I。。一I。)R。，设此点在Pl，得到相
应数字输出为一U。。，然后改变到P2，得到一个一Uo。输出，只要电测仪表读数极
性不发生变化，就可沿原方向搜索下去，直到输入为P。‘点，此时读数为+Uop，极
性发生变化。为了确定极性究竟在何处发生变化，仍然要改变输入装置，这样，总
可找到一点Po，在这一点上依次记下16个读数，先不管其值大小，只注意极性，
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
如果16个读数中有8个读数为正，8个读数为负，则P这个非线性转折点就找到了。
接着将8个正读数予以平均得到截距a，将8个负读数平均得到截距b，分别将a、b
值存入校准存储器。在正常测量时，如果读数为正(Du)，就提取a，线性化后的正确
读数应为：D膏=D，，一a(D，，>0，a>O)
如读数为负，就提取b，线性校准以后的正确读数应为：D．=Du—b(Du>0，b>0)这
种线性校准适用于直流测量的各种功能和量程。
图2-4线．陛校准框图
2．3．4零点偏移校准技术
电测仪表经过线性校准后，当输入为零时，输出不等于零，为此在各个功能的不
同量程上要分别进行零校准。将校准源零输出接到电测仪表的输入端，对电测仪表进
行零校准，将选定功能的某一量程上的零点漂移测出并存入校准存储器，正常测量时，
只要从存储器中提取此参数，并从读数中减去就得到了修正。 要特别注意的是，在
使用校准源进行零点偏移校准前，一般应分别执行正零点和负零点偏移的校准，并同
时存储于校准存储器中。
2．3．5增益自动校准
在不同功能的不同量程上对电测仪表分别进行增益校准，使之在满刻度范围内达
到规定的指标。在增益校准操作前，应将精度相宜并经法定传递的外部参考标准源接
人电测仪表，令满量程精确值为1，外部标准源接人后，电测仪表实际测量为MI，只
要乘以一个系数就可得到修正。
1=Ml(1+d，) (2-16)
式中(1+d．r)为理想的修正系数
但通常一次校准并不能得到理想的修正系数，第一次校准以后仍会存在误差。令
工程硕士学位论文 第二章检定与校准的基本理论
第一次校准系数为(1+d)，因此有
l—e=Ml(1+d，)
e为第一次校准后距精确值的误差。将(2-17)式代入(2-16)式得：
1一e=(1+d)／(1+办)
e=1一(1+d)／(1+d，)
式中d，<<1，不难得出：
上式表明新的修正系数等于前次校正系数与前次修正后的误差之和。
本章简要阐述了误差的基本概念，分析了随机误差、系统误差、粗大误差的产生
原因，介绍粗大误差的判别方法～莱特检验法和格拉布斯检验法；介绍了不确定度的
含义及不确定度的评定方法。最后，对程控电测仪表的自动校准原理进行了较详细的
阐述。这些知识是自动检定与校准系统的基础理论依据，是整个系统的铺垫：随机误
差、系统误差、粗大误差的分析是后述“系统的误差源分析"的前提，对于粗大误差
的判别方法一莱特检验法和格拉布斯检验法的介绍，为后述的“检定数据处理"提供
了理论支撑，不确定度的含义及不确定度的评定方法的介绍也是后述“基于误差溯源
的不确定度评定’’的前提工作。
工程硕士学位论文 第三章自动检定与校准系统设计方案
第三章自动检定与校准系统设计方案
3．1系统方案研究与分析
3．1．1概述
当今科学技术的发展为自动计量检定系统的实现提供了技术基础。几乎所有的进
口表或国内组装的高精度可程控电测仪表都配有串行RS-232接口和IEEE-488标准接
口。而IEEE-488接口具有通用性、灵活性、经济性及可靠性等特点，基于GPIB总线的
自动校准系统，就是通过GPIB总线将计算机、带IEEE488接口的标准仪器、被校仪器
及辅助设备联系起来，在计算机管理下由计算机预先编制好的程序对各种物理量进行
自动测量、采集数据，对原始测量数据进行误差分析，完成测量结果显示、存储和输
出打印等操作。
3．1．2标准源的确定
对于需璎高准确度的计量保障，必须具有高准确度的标准源，／AHFLUKE5520A或
Ft。IJKE5700A多功能校准源，技术指标见表3一lH3。其可以通过综合讨‘量装置上时RS232
口或]EEE488接口程控。
表3-1FLUKE5520A或FLUKE5700A多功能校准源
直流电压 量程：0至士1100V
5700A最佳一年技术指标：设置值的d：7．0ppm
5720A最佳一年技术指标：设置值的士3．5ppm
交流电压 量程t 220mV至1100V
10Hz至1MHz
5700A最佳一年技术指标：设置值的4-75．0ppm
5720A最佳一年技术指标：设置值的4-45．0ppm
电阻 量程：0至100№按x1和x1．9的序列共18
5700A最佳一年技术指4-12．0ppm
5720A最佳一年技术指士8．5ppm
直流电流 量程：0至4-2．2A(使用5725A到llA)
5700A最佳一年技术指标：设Wffi的+50ppm ’
工程硕士学位论文 第三章自动检定与校准系统设计方案
5720A最佳一年技术指标：设置值的4-35ppm
交流电流 量程： 9mA至2．2A(使用5725A时到llA)lO
5700A最佳一年技术设置值的：t=140ppm
5720A最佳一年技术设置值的4-120ppm
宽带交流电压选件 量程： 300mV至3．5V
10Hz至30姗Z
5700A最佳一年技术指标：设置值的士o．4％
5720A最佳一年技术指标：设置值的士o．4％
3．1．3关键技术及解决途径
为使溯源简单、方便，本检定软件系统不参加向上级溯源。系统数据采集的准确
度是实现一切测量功能的前提。数据采集卡在测量过程中不可避免的包含噪声、干扰
等，如何利用数字信号处理技术得到准确的测量结果是测量成败的关键。在自动检定
与校准系统中，利用数字信号处理中的滤波、相关分析等技术首先得到稳定的测量数
据，再对数据进行适当修正，得到了准确的测量结果，是本检定系统的首要关键技术。
所采用数据采集卡的稳定性是确保系统高准确度的决定性因素。事实上，检定系统的
准确度仅由其测量中的随机性误差决定。
3．2系统硬件组成
该系统主要由PC机、计量标准源、GPIB接口系统和打印机组成。GPIB接口卡直接
插在微机的扩展槽上，实现微机与GPIB总线的连接。其组成框图如图3一l所示：
· 图3-1自动检定系统组成框图
工程硕士学位论文 第三章自动检定与校准系统设计方案
3．3自动检定系统的工作原理
系统的检定方案采用计量检定规程中的标准源法。当计算机作为“控者"发命令，
执行“讲者"功能时，计量标准源作为“听者"接受该命令，自动完成测试功能、测
试点、频率的设置，并送出标准信号给被检数字仪表；同时被检数字仪表也作为“听
者’’接受计算机发出的命令，自动设置测试功能档、量程及滤波频率等。测试完毕后，
被检电测仪表和标准源作为“讲者"将数据送至OGPIB总线上，此时微机就变为“听
者”，接受计量标准源和被检数字仪表传输过来的数据，这样就实现了数据的自动采
集。最后计算机对自动采集的数据进行处理，打印原始记录和检定报告，这样就完成
了检定过程。
3．4GPIB接口卡的设计
GPIB接口与计算机之间的通讯，是借助于GPIB接口卡来实现的，它相当于计算
机的一个I／0卡，它在程序的控制下实现计算机与GPIB系统的其他设备的通讯，一
般还以硬件形式实现部分接口功能，对某些总线命令作出解释和相应的反应，但对总
线上的传送数据的解释完全是计算机内部和设备本身的事，接口卡只起传递作用。
3．4．1GPIB标准接口的总线结构
GPIB总线是一条24芯电缆，其中16条为信息线，其余为地线及屏蔽线．电缆两
端是双列24芯叠式结构插头。GP-IB标准接口总线中的16条信号线按功能可分为以
(1)8条双向数据总线(DIO。一DI仉)，其作用是传递仪器消息和大部分接口消息，
包括数据、命令和地址。
(2)3条数据挂钩联络线(DAV，NRFD和NDAv)，其作用是控制数据总线的时序，
以保证数据总线能正确、有节奏地传输信息，这种传输技术称为三线挂钩技术。这3
条挂钩联络线的定义如下：
DAV(DATAV LID)数据有效线：当数据线上出现有效的数据时，讲者置DAN线为低
(负逻辑)，示意听者从数据线上接受数据。
NRFD(NOTREADYFORDATA)数据未就绪线：只要被指定为听者的听者中有一个尚
未准备好接受数据，NRFD线就为低，示意讲者暂不要发出信息。
NDAC(NOTDATAACCEPTED)数据未收到线：只要被指定为听者的听者中有一个尚未
从数据总线上接受完数据，"IqDAC就为低，示意讲者暂不要撤掉数据总线上的信息。
(3)．5条接口管理控制线(ATN，IFC，REN，EOI和SRQ)，其作用是控制GP—IB
工程硕士学位论文 第三章自动检定与校准系统设计方案
总线接口的状态。这5条接口关控制线的定义如下：
ATN(ATTENTION)注意线：此线由控者使用，用来指明数据线上数据的类型。当ATN
为1时，数据总线上的信息是由控者发出的接口消息(命令、设备地址等)，这时，
一切设备均要接受这些信息。当ATN为0时，数据总线上的信息是受命为讲者的设备
发出的仪器消息，(数据、设备的控制命令等)，一切受命为听者的设备都必须听。
IFC(INTERFACECLE R)接口清除线：此线由控者使用，当IFC为l时，整个接口
系统恢复但初始状态。
REN(REMOTEENABLE)远程控制线：此线由控制者使用，当REN为1时，仪器可能
处于远程工作状态，从而封锁设备面板的手工操作。当REN为0时，仪器处于本地方
SRQ(SERVICEEQU ST)服务请求线：所有设备都与这条线“线或"在一起，任一
设备将此线变为低态(SRQ为1)，即表示向控者提出服务请求，然后控者再通过依次
查询确定提出请求的设备。
EOI(ENDORIDENTIFY)结束或识别线：此线与ATN配合使用，当EOI为1，ATN
为0时，表示讲者已传递完一组数据；当EOI为1，ATN为l时，表示控者要进行识
别操作，要求设备把他们的状态放在数据线上。
3．4．2传统GPIB接口卡的组成原理
GPIB接口功能最多有十种，在实际的测量仪器中，仪器由自身的功能选配其中的
几种。GPIB接口卡由GPIB适配器、PC总线地址译码器及母线驱动／收发器等组成。
原理框图如图3．2所示：
图3-2GPIB接口卡的原理框图
GPIB接口卡的核心是GPIB接El适配器，其内部有16个寄存器，其中8个“只读
型"和8个“只写型’’寄存器，这两组寄存器用3位寄存器来寻址。从本质上说，GPIB
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接口卡的工作原理就是对GPIB的管理。“只读型’’寄存器用来保存从GPIB母线传入
的各种消息和接口功能所处的状态；“只写型"寄存器用来控制接口适配器的工作方
式和向GPIB传送的消息。由于信息传递方式采用三线挂钩技术，因此在循环中允许
工作速率相差悬殊的器件通过母线实现双向、异步通讯。在使用接口卡之前要正确设
置它的I／O基地址，DMA通道和中断线。
3．4．3基于CPLD的GPlB数据采集卡的组成框图
在以个人计算机为核心的控制系统中，高性能的32／64位地址／数据复用局部总
线PCI(外围部件互连)总线成为当今流行的总线。对高速数据采集系统而言，除了采
用高速A／D转换器、高速存储器等高速器件之外，还要解决板卡如何高速寻址、如何、
控制总线逻辑、如何进行高速存储以及Pc机如何读取数据等问题。因此现在PCI总
线高速数据采集板卡设计中，一般采用简单易用的先进先出双口FIFO存储器，可以
等A／D转换的数据存储到一定程度时才与计算机通讯一次，将数据送入计算机，从而
大大节省计算机资源。此外，目前广泛利用具有工作速度快、编程灵活优点的CPLD
来实现板卡上各种逻辑控制。与以前采用很多逻辑元件完成所有时序控制的板卡相
比，这样做可大大节省空间、降低成本。由于A／D芯片被完全解放出来，处于独立工
作方式下，需要一个脉冲源来定时触发A／D转换。因此在设计上可直接将PCI总线上
的33MHz的频率经CPLD的分频后触发A／D转换。其组成框图见图3—3所示。
图3-3基于CPLD的GPIB数据采集卡的组成框图
3．4．4基于CPLD的GPIB数据采集卡的设计
高速数据采集板卡的PCI接口芯片采用PLX公司技术成熟、方便易用的PCI9052
芯片，GPIB接口芯片采用TNT4882，FIFO存储器采用IDT公司的IDT7202，逻辑控制
器则采用Xilinx公司的XC9572CPLD芯片进行开发设计。
一、PCI905．2接口芯片
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图3-4PCI9052信号接口
PCI9052是PLX公司开发的低价位PCI总线目标接口电路，功耗低，采用PQFP型
160引脚封装，符合PCI2．1规范，它的局部总线(LOCALBUS)可以通过编程设置为
S／16／32位的(非)复用总线，数据传送率可达到132Mb／s。‘提供了ISA接口，可以使
ISA适配器迅速、低成本地转换到PCI总线上。其信号接口如图3—4所示。主要功能
与特性如下所述：
异步操作：PCI9052的LocalBus与PCI总线的时钟相互独立运行，两总线的异步
运行便于高、低速设备的兼容。LocalBus的运行时钟频率范围为0MHz'--40MHz，TTL
电平，PCI的运行时钟频率范围为OMHz'--,33MHz。
支持突发操作：PCI9052提供一个64字节的写FIFO和一个32字节的读FIFO，从
而支持预取模式即突发操作。
工程硕士学位论文 第三章自动检定与校准系统设计方案
中断产生器：可以由LocalBus的二个中断信号LINTil和LINTi2产生一个PCI
中断信号INTA#。
串行EEPROM接口，用于存放PCI总线和Local总线的配置信息。
5个局域总线地址空间和4个片选，基址和地址范围可以由串行EEPROM或主控设
备进行编程。
总线驱动：所有地址、数据和控制信号都有PCI9052直接驱动，不用额外的驱动
Localbus等待状态。除了等待信号LRDYI#用于握手之外，PCI9052还有一个内部
等待产生器(包括地址到数据周期、数据到数据周期和数据到地址周期的等待)。
PCI锁定机N-主控设备可以通过锁定信号占有对PCI9052的唯一访问权。
ISA总线模式：PCI9052提供一个ISA逻辑接口，用户可直接使PCI总线和ISA
总线相连，可以非常容易地将ISA设计转换到PCI。
——、lDT7202
FIFO选用了IDT公司的IDT7202。W
它具有输入和输出两套数据线，独立 踟
的读／写地址指针在读／写脉冲的控 份
制下，顺序地从双口FIFO读／写数 132
据，读／写地址指针均从第一个存储 D，
单元开始，直到最后一个存储单元， 竺
然后又回到第一个存储单元。在系统 茹
Tflz弦t，IDT7202标志逻辑部分即内铂
部仲裁电路通过对读指针和写指针的 A
比较，相应给出双口RAM的空(EF) 彻
和满(FF)状态指示，甚至还有中间 Q3
指示(XO／HF)；CPLD可以根据所获得QB
的FIF0状态标志控制FIFO的读／写GND
时序，实现对FIFO的读／写操作。
IDT7202的引脚图和内部结构分别如图
3—5和图3-6所示。
图3-5IDT7202引脚图
慨阻瞻跳昕簖两器l萋钉铷船钒R
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DATAlNPUTS
图3-6IDT7202内部结构图
三、XC9572芯片 ．
XC9572是Xilinx公司生产的一款高性能可编程逻辑器件。它内含4个36V18功
能块，并具有1600个可用系统门。其系统结构如图3-7所示。从结构上看，XC9572
包含三种单元，即宏单元、可编程I／0单元和可编程内部连线。其主要特点如下：
1．所有可编程管脚间的脚对脚延时均为5ns；
2．系统的时钟速度可达到125删z；
3．具有72个宏单元和1600个可用系统门；
4．可编程次数为10000次；
5．可采用5V在线编程和擦除：
6．拥有强大的管脚锁定能力；
7．每个宏单元都具有可编程低功耗模式；
8．未用的管脚有编程接地能力；
9．提供有编程保密位，可对设计提供加密保护以防止非法读取；
10．外部I／0引脚与3．3V和5V兼容。
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图3-7XC9572系统结构图
四、GPIB接口芯片TNT4882及其控制的实现
TNT4882是美国NI公司开发的100脚PQFQ封装的GPIB专用集成芯片，它内部集
成了Turb0488(高速传输电路)以及NAT4882(IEEE488．2兼容电路)，并拥有诸多新的
特性，能够兼容ANSIIEEEStandard488．1和ANSIIEEEStandard488．2规范，因
而可以为GPIB系统提供一套完整的解决方案呻1。为了达到更高的传输速率。TNT4882
采用了单芯片FIFO缓存电路设计，其内置的16个增强型IEEE488．1兼容收发器可
以直接连接GPIB总线，以实现HS488传输模式。在兼容性方面，它与以往使用的
uPD7210、TMS9914中的寄存器设置完全兼容，用户可以将以前所用的代码直接移植到
TNT4882上。
1．TNT4882的内部结构以及工作模式
工作模式可分为单芯片模式和双芯片模式两种。双芯片模式包括Turbo+7210模
式及Turbo+9914模式，而且Turbo+7210模式和Turbo+9914模式可以转换到单片模
式。单片模式FIFO可直接与GPIB相连而不需要传输状态机，是最简单、最快速的结
构，因此在本设计中，选用单片模式。单片模式内部组成模块如图3-8所示。
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图3-8单片模式内部结构图
2．GPIB接口电路的软件控制实现
TNT4882其内部各个寄存器的状态决定或标志着芯片及GPIB的工作状态。在GPIB
接口设计中，只有通过编程对寄存器进行正确设置，才能实现对GPIB的各种操作。
GPIB接口软件的控制主要包括接口的初始化、数据传输控制(主控计算机向仪器
发送各种指令以及主控计算机读取从仪器返回的数据，并对数据进行处理)。GPIB总
线上的各种动作，都是通过PC机向TNT4882内部寄存器写入某些控制字或执行读取
操作，使GPIB接口系统实现一些规定的基本功能。
(1)TNT4882芯片初始化
初始化的内容包括：将TNT4882设置成单芯片模式，设置本地Power-_on消息，
时钟频率，GPIB地址，握手参数，初始化串并行查询响应寄存器内容，开中断等。对
TNT4882进行初始化的流程如图3—9所示。
(2)GPIB数据传输
在数据传输初始化过程中，首先设置TNT4882的地址模式，再清空FIFO，设定传
输参数，将欲传输字符个数写入计数寄存器；根据需要，也可以合理设置或清除中断：
最后向TNT4882发送传输命令，在系统内存和GPIB之间传输数据。当数据传输终止
时，向TNT4882发送停止命令，清除所有的中断设置。在数据传输的过程中，所要考
虑的是如何协调内存和FIFO间的工作，而TNT4882会自动管理FIFO与GPIB间的数
据传输。通常，传输方式有两种选择：DMA方式和程序控制方式。若使用DMA方式，
则必须在传输初始化时对TNT4882进行正确设定；数据传输终止时，还需禁止外部的
DMA控制器。如果使用程序控制方式，则需设计控制程序来对数据传输进行管理。控
制程序的基本流程如图3-10所示。
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I 主程序 J＼ ／
设置'LocalPoweron信号有效
设置工作模式
设置TNT4882的GPIB地址
设置轮询响应寄存器
设置GPIB三线挂钩、握手等参数
设中断位，允许TNT4882使用中断
I LocalP。weron信号
图3-9初始化流程图
基于CPLD的GPIB数据采集卡硬件框图如图3—11所示，其中CPLD逻辑控制器的
设计是高速数据采集卡的核心。CPLD将直接从PCI总线引过来的33MHz频率进行分频
后接到一个计数器模块，每来一个脉冲，计数值减一，减到零后输出一个脉冲触发FIFO
写一次数据，将数据锁入FIFO。读取FIFO数据的一端由PCI总线的时钟同步，并遵
循严格的读写时序。当FIFO达到半满时，板卡及时产生中断，通知计算机读数据，
防止FIFO溢出而导致数据丢失。当FIFO半满后，HF引脚就会变为低有效电平。这时，
上位机要及时将FIFO中的数据读走，否则将有可能产生数据溢出，导致数据丢失。
CPLD直接将FIFO的这个引脚接到总线芯片PCI9052的中断输入引脚，从而可以产生
一个上位机中断，从而可在中断子程序中将数据一次性读出。每次中断视FIFO的容
量而定，通常是容量的一半。
· 其中CPLD计数模块的VHDL代码如下所示。
ENTITYCount_codeIS
PORT(din：INSTD—LOGIC_VECTOR(9downto0)：CLK：INSTD_LOGIC：load：
INSTD—LOGIC：co：BUFFERSTD_LOGIC)：
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图3．10数据传输控制基本流程
ENDCount—code：
ARCHITECTUREBehavioralOFCountcodeIS
Signalqoutsig：STD_LOGIC_VECTOR(9downto0)：
signaltco：STD-LOGIC：
PROCESS(CLK，load，din)：
IF(10ad=’l’)THENqoutsig<=din；tco<=’0’：
ELSEIF(CLK’eventandCLK=’1，)THEN
IF(qoutsig=””)THENqoutsig<=din；tco<=’1’：
ELSEqoutsig<=qoutsig一”’：tco<=’0’：
ENDPROCESS：
PROCESS(tco，load)
IF(10ad=’1')THENco<=’0’：
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ELSEIF(tco’eventandtOO=’1’)THENco=100andright(mc[i]，2)=’V’then／／超过IOOV电压，
每次要清零，5700才有输出
Cmd$=’托LS’
ii_ret=ibwrt(4，Cmd$，Len(Cmd$))
ii—ret=ibwrt(yb—dz，Cmd$，Len(Cmd$))
ifcsxm[i]=’直流电压检定”orcsxm[i]=’直流电流检定’then／／设
置5700输出的延长时间
Cmd$=’out’+string(bjz[j])+right(me[i]，2)+’：OUTOHZ：OPER”
temp_time=lO ／／直流5700须稳定3秒
elseifcsxm[i]=”交流电压检定’orcsxm[i]=”交流电流检定’then
Cmd$=”out”+string(bjz[j])+right(me[i]，2)+”：out’+pl[i]￥’：
temp_time=17 ／／交流5700须稳定10秒
elseifcsxm[i]=”直流电阻检定”then
Cmd$=”out’+tab一1．tabpage_2．dw一3．getitemstring(i+l，3)+’；OPER”
temp_time=15 ／／交流5700须稳定10秒
ii_ret=ibwrt(4，Cmd$，Len(Cmd$))
vl—tm—test=now0 ／／5700输出稳定后再读1271的读数
ifflag——stop=lthenexit
LoopUntilnow0>=relativetime(vl—tm—test，temp_time)
Cmd$=’OUT?’ ／／读5700的读数
ii_ret=ibvrrt(4，Cmd$，Len(Cmd$))
fdatal=Space(14)
ii_ret=ibrd(4，fdatal，14)
ycl=dec(fdatal) ／／读取5700的9位数
bzz[j]=string(ycl)
vl—tm—test=now0 ／／5700输出稳定后再读1271的读数
LoopUntilnow0>=relativetime(vl—tm—test，2)
deleteallfrom”bzpc”：
tab_1．tabpage一3．dw_5．retrieve0
form=Oto14 ／／连续读取1271的15个数据
ifflag——stop=lthenexit
w_read—sj(m) ／／读取数据
w_delete_ycsj0 ／／剔除异常数据
yc2=dec(tab—1．tabpage一3．dw一5．describe(”evaluate(’pjz’，1)”))
S_XSZ[j]=string(yc2)
ifcsxm[i]=”直流电阻检定”then
sjwc[j]=(yc2一dec(fdatal))*1063／／化成毫欧
elseifmc[i]=”lOOuA”ormc[i]=’lmA”orc[i]=’10mA”then
sjwc[j]=(yc2一dec(fdatal))*10‘9．／／实际误差，化成纳安
sjwc[J]=(yc2一dec(fdatal))．1066／／化成微伏或微安
w__5700_xsws(i，j)
w一1271一xsws(i)
ifright(mc[i]，2)=”mV’ormc[i]=”lOOmA”then／／允许误差计算
bzz[j]=string((ycl*1000)，”##．”+left(””，XSWS))+right(mc[i
SXSZ[j]=string((yc2*l000)，”##．’+left(”’，xsws_meter))
yxwc[j]=jdl[i]木abs(dec(fdatal))+jd2[i]木lc[i]／1000
elseifright(mc[i]，2)=’uA”then
’bzz[j]=string((ycl*lO‘6)，”##．”+left(””，XSWS))+right(mc[i
S_XSZ[j]=string(yc2*lO“6，”#抖．”+left(””，xsws_meter))
yxwc[j]=jdl[i]木abs(dec(fdatal))*1000+jd2[i]木lc[i]／lO“3／／
elseifmc[i]=”lOmA”orc[i]=”lmA”then
bzz[j]=string((ycl木l000)，”##．”+left(。”，XSWS))+right(mc[i
工程硕士学位论文 第四章自动检定与校准系统软件设计
SXSZ[j]=string((yc2，I：1000)，”##．”+left(’’，xswsm ter))
yxwc[j]=jdl[i]木abs(dec(fdatal))*1000+jd2[i]木lc[i]／／化
elseifright(mc[i]，2)=’V’orright(mc[i]，2)=’A’then
bzz[j]=string(ycl，’##．’+left(””，XSWS))+right(me[i]，2)
SXSZ[j]=string(yc2，”##．’+left(””，xsws_meter))
yxwc[j]=jdl[i]木abs(dec(fdatal))+jd2[i]'Iclc[i]
elseifright(mc[i]，3)=’ohm”then
bzz[j]=string(ycl，”##．’+left("’，XSWS))+
right(mc[i]，4)
S—XSZ[j]=string(yc2，’##．’+left(”’，xsws_meter))
ifleft(right(mc[i]，4)，1)=’k’then
yxwc[j]=(jdl[i]宰 abs(dec(fdatal))+jd2[i]木
lc[i]*10‘3)／1000
elseifleft(right(mc[i]，4)，1)=’M”then
yxwc[j]=(jdl[i]，Icabs(dec(fdatal))+jd2[i]宰lc[i]*lO‘6)／1000
yxwc[j]=(jdl[i]木abs(dec(fdatal))+jd2[i]木lc[i])／1000
ifcsxm[i]=’直流电阻检定”then
S_XSZ[j]～一XSZ[j]+right(mc[i]，4)
S_XSZ[J]=SXSZ[j]+right(mc[i]，2)
ifabs(yxwc[J])>i00andright(mc[i]，1)=”V”then
s_sjwc[j]=string(sjwc[j]／lOOO，”#抖．00”)+”mV”
s_yxwc[j]=string(yxwc[j]／1000，”##．00”)+”mY’
elseifabs(yXWC[j])abs(sjwc[J])then
j1[j]=”合格”
j1[j]=”不合格’
wtest—sj—save(i，j)
Cmd$=’STBY’
ii—ret=ibwrt(4，Cmd$，Len(Cmd$))
Cmd$=’STBY’
ii—ret=ibwrt(4，Cmd$，Len(Cmd$))
Cmd$=’*RST’
ii—ret=ibwrt(yb_dz，Cmd$，Len(Cmd$))
close(w_test一1271)
4．8检定数据处理
／／jl[]为结论
在自动检定测试过程中，为提高测量精度，对每一个检定点连续15次采样，取
平均值的方式来提高测量精度，并采用莱以特准则剔除异常数据，其具体步骤为：
对应于某一检定点的重复采样15次：x，，X幻Xls，
工程硕士学位论文 第四章自动检定与校准系统软件设计
计算15次采样的平均值： 孑=量±气}=立
计算实验标准差：or=
计算每次采样的剩余误差l毛一矧，如果k一到>3仃，则认为该点为异常值，将此
测量值剔除，再根据剩下的测量值重新计算。
该系统采用标准源法检定可程控电测仪表，则每个检定点对应的标准源输出值即
为实际值，标准值与其检定点对应的读数值之差，即为检定点的绝对误差。根据用户
选择被检表的技术指标(24小时指标和年指标)计算每个测试点的实际误差和允许误
差，并判断其是否合格。
数据处理的流程如图4—7所示。
l 程序入口l
I 剔除检定点粗大误差
确定各检定点的平均值
计算各检定点的实际误差、允许误差
判定各检定点是否超差
输出检定点实际值、指示值、实际误差、
允许误差、结论
4．9校准模块设计
图4-7检定数据处理流程框图
对于程控电测仪表，大多数具有自校准(CAL)功能，即其内部设有自动校准程
序，在平常的校准中，不用打开机盖，也不用手动调整各器件状态，只需按显示窗口
提示，按动面板键来完成。通常校准常数存在非易失存储器中，为以后测量和计算备
工程硕士学位论文 第四章自动检定与校准系统软件设计
校准窗口界面包括三个部分：仪表基本信息、数表校准、指标核对。在仪表基
本信息窗口里录入校准记录编号。数表校准的窗口界面如图4—8所示。
用户点击欲校准的功能项，在数据窗口里显示可程控电测仪表校准的基本信息，
包括校准项目、量程、校准量程选择、24小时指标、年指标及遥控命令等。其中24
小时指标及遥控命令是校准后进行指标核对是用的。用户输入可程控电测仪表的地
址，按“开始校准”键，系统开始校准。
图4-8可程控电测仪表校准窗口
不同可程控电测仪表的校准点选取不一样，应严格按可程控电测仪表的手册进行
选取。对于自动校准的电测仪表，其校准点的选择、校准命令、校准参数都已固化在
程序里，其软件流程如图4-9所示。
校准后系统自动提示用户校准完毕，然后可进行校准复核。在进行校准复核的
时候，采用24小时可程控电测仪表的技术指标进行数据处理。校准复核的软件流程
如图4-10。
工程硕士学位论文 第四章自动检定与校准系统软件设计
图4-9可程控电测仪表校准软件流程
工程硕士学位论文 第四章自动检定与校准系统软件设计
图4-10校准复核软件流程
4．10指标核对模块的设计
在开始对可程控电测仪表进行检定时，首先进行年指标核对，即对可程控电测仪
表各功能、各量程的满量程点进行检定，并按年指标进行考核，如果年指标合格，则
按《规程》对可程控电测仪表进行检定；如果年指标不合格，则对可程控电测仪表进
工程硕士学位论文 第四章自动检定与校准系统软件设计
可程控电测仪表自动检定与校准系统是在硬件的支持下，主要通过软件的有
效设计来完成。本章详细介绍了在系统中如何实现GPIB接口卡DLL调用，并对仪表的
基本信息模块、测试项目选择模块、检定模块、年稳定性考核模块等作了详细分析，
并以检定流程为例开发了部分源程序代码。程序用Powerbuild编写，实现较简单，对
于其他流程的软件实现不作阐述。
工程硕士学位论文 第五章系统的不确定度分析与不确定评定
第五章系统的不确定度分析与不确定度评定
不确定度是建立在误差理论基础上的一个新概念。误差的数字指标称为不确定度，
它表示由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度，不确定度是指测量结果带有
的一个参数，用以表征合理赋予被测量的值的分散性。一个测量结果，只有当知道它的
测量结果不确定度时才有意义。一个完整的测量结果，不仅要表示其量值大小，还必须
指出其测量不确定度。当给出测量结果时，应同时给出相应的测量不确定度，以表明测
量结果的可信程度。不确定度小的测量结果可信程度高。
5．1系统的误差源分析
根据检定方法，被检可程控电测仪表检定结果不确定度源于五大部分：
(1)由于各种随机因素的影响，使得测量值不重复，引入指示值测量的标准不确
(2)由示值测量的分辨率引入的不确定度：
(3)5700A标准源输出值的不准确引入的不确定度；
(4)5700A的校准不确定度。
5．2基于误差溯源的不确定度评定
由于一些电测仪表是多参数、多量限仪表，不同的检定点，其测量不确定度值不
同，需分别给出。在进行测量不确定度评定之前，应对可程控电测仪表进行多次(本
系统取6次)独立的测量，根据这六次重复测量的数据，可得出每个测试点的标准偏
差，然后由标准偏差、仪表的分辨力、5700A的不确定度及其传递不确定度计算得出
测量不确定度。下面以1271的lOV满量程点为例说明测量不确定度评定的过程
(1) 数学模型： 7=vx一％
丫：被检表的示值误差
绦被检表的示值
‰标准器输出值
按公式 “：◇)=∑(钞laX，)2H2似，)
方差： ”。2=c2(vx)·”2帆)+c2眠)·”2(vN)
传播系数：c畋)=可／a比=I． c帆)=oflay．=一1
工程硕士学位论文 第五章系统的不确定度分析与不确定评定
(2)由指示值测量的重复性给出的标准不确定度分量“帆。)
在相同的测量条件下，对1271所有的检定点进行独立的六次重复测量，取直流
电压10V满度点进行分析，其六次的测量结果如下：10．0002，10．00000，
10．0000，10．00000，单次测量的标准差：
该值与测量不确定度计算表10V直流电压点相符。
以算术平均值yX作为测量结果时，其值为：
瓦=10．00001V
以算术平均值瓦作为测量结果时，其算术平均值的标准差为：
s眠)2‰-1吼％-8·03uV
则由测量重复性弓l入的标准不确定度分量为：
“帆。)=s眨)=8．03uV
自由度v帆1)=n-1=5
(3) 由示值测量的分辨率给出的不确定度分量甜畋：)
可程控电测仪表在不同的功能、不同的量限，其分辨力不同。1271可程控电测仪
表在直流电压10V量程档，其读数的分辨率为10uV，则半宽±5uV的区间内，yX2取
任一值。故
“眈z)2‰22·9uV
自由度 v(vx2)=∞
(4)由标准器5700A输出值的年(或90天、或180天)变化给出的不确定度分
lu(VNl)输出10V时，
5700A的年变化允许误差为：
±(8ppmoutput+4uV)，则为±(8·10_6·10+4)=±84uV
标准器年变化在±84uV区间内服从均匀分布：
“‰)2％uV
自由度 1，眠．)=∞
(5)标准器5700A的校准不确定度分量”帆2)
查5700A的上级校准证书的扩展不确定度，如未给出该值，可按1／3年变化
考虑，则5700A在直流10V的扩展不确定度为84／3=28uV
标准器的校准误差服从正态分布，覆盖因子k=3，故标准不确定度为：
工程硕士学位论文 第五章系统的不确定度分析与不确定评定
“帆：)=％uV
可以认为该值的置信度为90％，则其自由度为：
’，帆：)=50
(6)合成标准不确定度Uc=归瓦万丽瓦F硬习丽
有效自由度
’，够。多Uc≤[“·帆。)／v帆。)+“·帆：)／v帆：)+州I‰。)+材4帆彬以：)]
鹏名+眈％+(‰髟+(％)／
(7)扩展不确定度
取置信概率p=95％，有效自由V谚26417，查t分布表，得七p=1．96，则扩展
不确定度为：
Up=kpu。=1．96·50．1：2=98．23uV
(8)测量不确定度报告
比=y毫±UJp=(10．00098)V
以上是以1271可程控电测仪表的IOV直流电压档的满度为例进行的测量值的不
确定度的评定。其它各测点也均按此进行。
5．3不确定度评定的软件实现
通过对可程控电测仪表测量不确定度四大部分来源的分析，设计不确定度评定
工程硕士学位论文 第五章系统的不确定度分析与不确定评定
软件，其主要由五大部分组成：可程控电测仪表测试项目选择窗口、5700不确定度窗
口、按时间进行查询窗口、按记录编号进行查询窗口、不确定度计算表窗口。
可程控电测仪表测试项目选择窗口包括两大部分信息：一是可程控电测仪表的
测试项目、量程、基本量程、及在不同量程档可程控电测仪表的分辨力；二是5700
在相应量程的90天技术指标、180天技术指标及年指标。其窗口如图5-1所示。
图5-1不确定度评定窗口之一：测试项目选择窗口
5700不确定度窗口通过用户选择5700的技术指标，自动计算出可程控电测仪表
在每个功能档、每个量程的测试点，5700的不确定度及传递不确定度。其窗口界面如
图5-2所示。
按时间查询窗口如图5-3所示：用户输入查询条件，检索出六次的检定数据，
按“不确定度评定”键，系统根据这次测量结果及5700不确定度窗口里提供的可程
控电测仪表的分辨力、5700标准的不确定度及传递不确定度，自动计算出各测点的测
量不确定度，并显示在数据窗口里。
按检定记录查询窗口，用户输入的查询条件是按记录查询，其它与按时间查询
窗口一样。
．不确定度计算表，显示每个检定点不确定度评定的四部分及显示值、实际误差、
允许误差和结论。其窗口界面如图5-4所示：
工程硕士学位论文 第五章系统的不确定度分析与不确定评定
≥碜螂警囊髯爨勰哆孵孽警{熬孵曼睡謦{零舅拳鼎孵j薄舅燕黪§，嘿
。《携一’警I．；¨#*昝#^，z·粥；瑷’?蓦。尊彰暂《二聱?碍o《荔誊t《ljj搿彰’g一》嚣二，囊，，oj掀潍《蕊一搬勰?ij％一糍{’々g二糍矬棼露t。i兹#i钰。藏。j￡瓣
数表的分辨力，5700A在相应的检定点的不确定度及标准传递不确定度 表二荔
仪器型号 恻试I且目 量程 序号 买际值 频覃 分辨力 5700小确定展标准传娌十确定厦
1 271 且巩电地硷趸 100mV 1 50 0000mV0hz 0，uV 1 25uV 42uV
1 271 互漉电地检趸 100mV 2 hz 01uV 1 70uV 57uV
1 271 豆漉电胜检趸 100mV 3 ．hZ 口1UV 1 70uV 57uV
1 271 且搋电J土毪趸 1 V 4 hz 1 OuV 5 20uV 1 73uV
1271 直说电压柱歪 1 V 5 1 hz 1 0uV 9 20uV 307uV
1271 互漉电压检足 1 V 6 —1 hz 1 0uV 920uV 307uV
1271 且观电垃侵趸 10V 7 1 hz 1 00uV 1 200uV 400uv
1271 直流电压检定 10V 8 hz 1 00uV 2000uV 667uV
1271 且巩电№t凝 1 0V 9 30000DOVOhz 1 00uV 2800uV 933LIV
5700的一年搬话
图5-2不确定度评定窗口之二：5700不确定度计算窗口界面
‘I一Ⅱ‘?一■●i嗣u，黔■鼬&蔷鲞__叠‘函“翻篮篙鑫誊生--刎_畦董戡§誊鞠簟誊l罄越羞目-I疆叠±茹-I-_t-_峭-d势世_-话i-吨l：_幽蓬魏魏缓籀缓缓荔鏊凌缝凌鬟凌缓缓瑟霪霪蠹凌凌凌麓囊i馥凌殇愿然嘲瓢燃然嬲燃缀荔翳滋您濒黪嬲艄蕊黝愿黝燃黝缫缀徽黝徽瀚黝黝黼
蹩出厂编号 生产厂霖 等级 记录编号 检定日期 环境温度 环境温度 审核员!检定员 检定费翻l
31486 vv自、哐TEK 005 SB—10—4 70 20 t≥i
31486 WAVETEKQ05 S日Q2Q055 02．10—4 了0 r20 翻l
31486 ”，AVETEK 005 SB—1口-6 7D 20 幽≥
I型4簸4《9鹱”每8《”藏9璇”移菇”磋9缓毳缓鬓翳缓骧鬟塑霪囊翳缓荔戮霾荔荔麓麓缓鬻翳缓鬟鬟霾§囊翳翳缓霆鬟篓鹜羹霪鹭夔鬟鬟※霪鍪鬟篓篓鬟鬟荔荔黧鍪鬟臻翳夔镕劂塑霸滋l
原始记录雹霸§
持型号 1271 仪器编号 31486 记录编号 SB02005 爹il
买际值 指示值 频率 实际误差 允许误差 不确定厦 结论
1 9988mV 一1 02uV 70uV 1 55uV 不台辂
2 1 D000000mVgg9986mV 一1 37uV 1 20uV 207uV ／卜合格
3 —mV一1000002mV 一28uV 1 20uV 2 00uV 舍格
4 5口00D00V 0 49999V ．67uV 5 D0uV 628uV 台话
5 1 999V ．1 50uV g 00uV 1106uV 舍格
6 —1 0000000V一3uV 900UV 111 6UV 台格
臣喳≯≯≯≯≯≯≯≯：*≯≯燃缀㈣缫嬲缓黝燃黝黝缵燃麟嬲鬻黪嬲獭燃黝缫燃黝燃嬲裁嬲嬲黪劂鬻鬟|||||i
图5-3不确定度评定窗口之三：按钗表信息查询窗口界面
工程硕士学位论文 第五章系统的不确定度分析与不确定评定
—口_‘蛰盈l■Ii目j昼l■j—■■■■●—■■●■■■●—■■■■■■■■●——■■■●■■—■■■■■●■
l嚣jjI；谭星蠢彝1留曲不—嫩i量!曩l羲忮表惹娃膏I接琶i皇号蠢谵=¨==I：I嫩it：葺孝j
一’v* ■o、。，， ，一o。l o．?．一，。一il，?_10、、、n一，＆*m蝴#、；_m#一。“辩¨I
图5-4不确定度评定窗口之四：不确定度计算表窗口界面
不确定度评定软件是按国家计量技术规范(JJFl059—1999测量不确定度评定与表
示》而进行开发的。软件的工作流程如图5—5所示。
5．4年稳定性考核模块的设计
按《规程》，要求定级的可程控电测仪表在进行周期检定时，必须考核其年变化
量，即经预热、预调但不校准时，检定其年稳定误差，其年变化量小于或等于其年指
标。由于所有被检表的检定记录都存在数据库中，在考核年变化量时，只需将去年和
今年的检定数据从数据库调出进行比较。为此设计一年稳定性考核窗口界面如图5-6
在年稳定性考核窗口界面里输入送检单位、被检表的型号、编号，按查询键，可
检索出同一块表的检定记录，按“年变化比较键"，可在数据窗口里显示出该表的去
年和今年的比较数据、实际的年变化、允许的年变化及是否合格等。
工程硕士学位论文 第五章系统的不确定度分析与不确定评定
图5-5不确定度评定的软件流程框图
工程硕士学位论文 第五章系统的不确定度分析与不确定评定
溥输A毒媾单筐，辑巍蠢面孺—一j薅娜黉辫号ji『万f——一i谚螂器蘑唠嚣石覆————一《雾整j}擎霉陵舅萼啭比较l。j≯鞔。·{聍{n；二|净m、?一，瑚 ”弦。 ≤}，}i“毒：，。?=薯秘I。 j备j奠 00i?弓“、oI i{‘——_‘—o鼍{_‘—二·-■—-一
出J编号 生广‘J冢 1等级 记录编号 氇定日期 外境湿度I讣嘲盖履 雨核员 I硷趸员I检是费
',7012 卜／AVETEK 1001 }SBl一21 70 20 王血 降三 1500
17012 }INAVETEKlo．os ISB-1B 70 20 F血 雕三 }500
l麴s誓t≥鬈*≯*∥wZ。鬻，≯-jt≥：熬瀚獭缀黝翳黝黝懋濒翳嬲翳壤礴稳黝缀戮黧翳翳纛翳爨戮戮黝嬲爨露羧翳搦豳删缓
仪器型号 1 271 仪器编号 37012 迭检单位 常德电业局
测试项目 量程 厚号 买际值 去年指示值 兮年指示值 频率 买际，车戈化量 允许zt-：殳化量 结i
直漉电压检趸 ：100mV 1 1 mV 200uV 1 20uV 小台氍j
首流电压橙定 1 V 21 998V999997V ．1 00uV 900uV 舍格‘
直流电压检趸 10V V ．10OOuV 75OOuV 舍格
直流电胜检趸 1DOV V -20mV90mV 合格
直流电压检足 00V9V ．200mV1 2DDmV合格
I别獭黧鬓豹翳殇翳貔缓缓鹈缓缓缓缓缓翳翳嬲缀黧缓爨鬈熬黧缀翳鬟缓缓缓夔蘩缀翳翳豹缀爨缓嚣鬓蒌璧翳黧黧翳缀簇荔缓戮缓戮翳翳缓瓣》》：，爹熬凌
图5-6年稳定性考核窗口界面
本章对自动检定与校准系统检定结果的不确定度源进行了较详细地分析，并以
1271可程控电测仪表的IOV直流电压档的满度为例，详细分析了基于误差溯源的测量
值的不确定度的评定。最后对不确定度评定的流程作了深入探讨。
本系统可根据用户选择5700A标准源90天指标、180天指标或一年的指标，以及程
控电测仪表的多次独立测试的检定结果，自动计算出各测试点的测量不确定度，大大
提高了工作效率。
工程硕士学位论文
第六章结论与展望
6．1系统测试报告
第六章结论与展望
通过系统的软硬件设计，系统达到的主要功能如下：
1．自动检定：完成四种类型可程控电测仪表A、的直流
电压、直流电流、直流电阻、交流电压、交流电流五个功能档的自动检定；
2．自动校准：完成四种类型可程控电测仪表A、的
直流电压、直流电流、直流电阻、交流电压、交流电流五个功能档的自动校准；
3．误差显示：对被检可程控电测仪表，可根据用户所选择的24t]、时或年技
术指标，自动计算并显示各测试点的实际误差、允许误差，对测试点是否合格作出判
4．测试点的重复检定：对可程控电测仪表所有的量程自动检定完后，如果
对某个测试点的数据有疑问，可通过双击此测试点，启动自动检定程序，对此测试点
重复进行自动测试和判断；
5．测量不确定度的评定：系统可根据用户选择5700A标准源90天指标、180
天指标或一年的指标，对可程控电测仪表的六次独立测试的检定结果，
自动计算出各测试点的测量不确定度；
6．系统还可进行半自动测试：对于不知道程控命令的可程控电测仪表，系统可
根据用户的输入的检定项目、量程、基本量程及技术指标等信息，自动确定该可程控
电测仪表的所有的检定点，并自动控匍J5700A的输出，通过检定员手动录入被检表的
显示结果，自动计算出该点的实际误差、允许误差、是否合格等；
7．系统可进行年稳定性考核：将可程控电测仪表去年和今年的检定数据从
数据库中取出，自动比较其变化量，并判断是否合格；
8．系统的灵活性：系统在进行自动检定和校准的时候，可随时中断程序，
不影响系统工作的可靠性；系统既可根据程序预置的检定点进行自动检定，也可根据
用户设置测试项目和基本量程进行自动检定；系统既可根据程序预置的校准点进行自
动校准，也可根据用户设置的测试项目进行自动校准；
9．检定数据的延续性：在对可程控电测仪表的检定过程中，检定程序中断
后，当欲重新对此表进行检定时，可在将原检定数据从数据库取出，并在此基础上继
续进行自动检定；
10．自动出具报告：系统可根据我所检定报告的格式自动出具并打印检定报告。
本系统经初步测试，测试结果如下：
工程硕士学位论文 第六章结论与展望
模块名称 技术要求 结论
仪表基本信息录 可录入新的仪表信息。
12．71、3440l、 用户可选择固化在程序的测试
核 测试项目选择模
7151可程控 项目等，也可按自己的要求进 符合
数字仪表 行对测试功能、量程进行删改。
系统可自动检定各满量程点，
块 指标核对模块 符合
并计算允许误差、实际误差。
仪表基本信息录 可录入新的仪表信息。
测试项目选择模 用户可选择固化在程序的测试
块 项目等，也可自己删改。
系统可按检定规程要求设置检
定点，完成直流电压、电流、
电阻，交流电压、电流五项功
127l、34401、检定模块 能的示值误差的检定，根据不 符合
7151可程控 同型号的可程控电测仪表计算
数字仪表 出被检定点的允许误差、实际
误差，数据处理符合规程要求。
系统可随时中断；系统中断后，
程序随时中断 再重新检定时，可在原检定数 符合
据的基础上继续检定。
在被检表全部检定完后，可对
检定点重新测试 某个有疑问的测试点重新检 符合
仪表基本信息录 可录入新的仪表信息。
半自动检定 符合
工程硕士学位论文 第六章结论与展望
测试项目选择模 由用户自己录入测试项目等。
系统可按检定规程要求设置检
定点，并控制5700的输出信号，
由用户录入被检表的示值，系
检定模块 符合
统自动计算被检定点的允许误
差、实际误差，并按规程要求
判断被检表是否合格。
用户可选择固化在程序中的校
校准功能选择模
准项目，也可用户按所需校准 符合
点进行选择。
127l、34401、 系统可按被检表说明书要求，
7151可程控校准模块 根据所选择的校准点对被检表 符合
数字仪表 自动校准。
校准后，按被检表的24小时技
指标核对模块 术指标进行检定，计算误差并 符合
判断是否校准合格。
显示被检表所有的测试项目、
测试项目的选择 量程分辨率、5700A90天、180符合
天、一年的技术指标。
不 系统在不同的检定点，可按用
确 户选择5700A的90天、180天、
定 5700不确定度一年的技术指标，自动计算出 符合
可程控数字
度 5700A标准不确定度，并给出被
评 检表的分辨率。
定 系统可按时间或按检定记录编
号查询出六次的检定记录，计
不确定度评定 符合
算出各测点的示值误差的不确
工程硕士学位论文 第六章结论与展望
输入原始记录编号，可打印出
检定报告 符合
检定报告。
用户输入原始记录编号，可查
原始记录 符合
询、打印原始记录。
可对同一块被检表今年的与去
年的检定数据进行比较，判断
年稳定性考核 符合
其变化量是否超过年稳定误
本论文研究的电测仪表自动检定与校准系统，解决了可程控电测仪表检定校准中
数据处理最大、自动化程度低、测试耗时和易出错等问题。论文的主要研究工作和所
取得成果有：
1．在分析测量误差理论和自动校准原理的基础上，对可程控电测仪表的检定与校
准方法进行了研究，提出了自动检定与校准系统的设计方案。
2．对系统功能进行了分析，对自动检定与校准软件的检定模块、校准模块等进行
了详细地介绍，深入分析并确定了自动检定的算法，在Powerbuild平台上完成了自
动检定过程的软件实现任务。 ．
3．对系统的的误差源进行了分析，通过建立数学模型，对自动检定与校准系统基
于误差溯源的不确定度评定进行了分析与探讨。
4．对基于CPLD的GPIB数据采集卡的工作原理及其实现进行了初步研究。
5．研究的可程控电测仪表的自动检定与校准系统能按《检定规程》对可程控电
测仪表进行自动、半自动检定和校准，能进行测量不确定度的评定，能对某一检定点
重复进行检定，能进行年稳定性考核，能查询并打印原始记录，能按检定证书的格式
出具试验报告。
6．系统在运行时，既可按固化在程序里的检定点进行检定，也可由用户确定检
定点和基本量程，系统灵活性较强。系统采用莱特准则对检定数据进行处理，提高了
测量的精确度。
．6．3展望
工程硕士学位论文 第六章结论与展望
本论文对可程控电测仪表的检定与校准方法进行研究，提出了自动检定与校准系
统的设计方案，研究可程控电测仪表自动检定与校准系统的基于误差溯源的不确定度
评定，并实现了可程控电测仪表的自动检定与校准。但随着用户需求的不断发展变化、
随着现代网络技术、虚拟仪器技术的发展，系统仍需持续改进：
1．随着系统的投入使用，会面临更多的存在一定差异性的程控电测仪表，系统
的稳定性、可靠性、兼容性会受到更加全面的考验。
2．随着计算机总线技术的发展，GPIB接口技术也会不断发展，系统的可移植性
受到考验。
3．随着计算机网络技术、虚拟仪器技术的发展，研究基于现场检定与校准的VI
(虚拟仪器)的仪器远程校准技术具有非常重要的意义。
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工程硕士学位论文 致谢
攻读硕士学位与论文研究期间，得到了来自学校各方面的关心与支持，首先我要
特别感谢导师欧阳波教授，本论文是在导师的悉心指导与亲切关怀下完成的。从选题、
方案制定、论文撰写的整个过程中我所取得每一个进步都倾注了欧阳波教授极大的精
力和心血。欧阳波教授渊博的知识、严谨治学的学术态度、密切联系实践的工作作风，
给我留下了深刻的印象。在论文完成之际，谨向导师致以诚挚和衷心的感谢。
同时感谢漆文辉高工，在论文的写作过程中、在方案论证与实验过程中，给我提
供了诸多便利，并对本论文提出了宝贵的修改意见。也借此感谢学院的各位老师和为
我们尽心服务的全体管理人员。
感谢我的父母、妻子以及亲朋好友，他们的鼓励、支持和无尽的关怀，是我完成
学业至关重要的动力和保证。
本文在编写过程中参考和引用了不少同仁的文献和信息，在此一并表示感谢。
最后，再次向给予我帮助和关心的所有老师、同学表示由衷的感谢!
工程硕士学位论文 攻读学位期间的主要研究成果
攻读学位期间的主要研究成果
一、发表论文情况：
[1]曾全胜，欧阳波，漆文辉．基于IEEE一488接口的数字仪表自动检定系统．电测
与仪表，2007，1
[2]曾全胜．基于CPLD的多路数字开关电路的设计．电子世界，2005，4
二、其他工作：
[1]参与学院为空军航空修理工厂进行科研服务的调研工作。
[2]2006年参加长沙航空职院电类重点实训室建设工作。
[3]主要参与2006年长沙航空职院单片机课程院级精品课程建设。
[4]2006年主持长沙航空职院“在系统可编程实验装置"的鉴定工作。